用于無掩膜刻蝕的微小等離子體反應(yīng)器的工藝制備和性能測試.pdf

1、等離子體刻蝕技術(shù)因其較高的刻蝕速率、良好的方向性和材料選擇性等優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。但在傳統(tǒng)的刻蝕加工中，等離子體作用于整個樣品表面，需要昂貴的設(shè)備及復(fù)雜的圖形轉(zhuǎn)移工藝來實現(xiàn)局域加工。近年來，許多研究者嘗試將等離子體限制在1mm以下的微結(jié)構(gòu)中，可實現(xiàn)局部無掩膜刻蝕。然而，這些微等離子體無掩膜刻蝕器件通常只能達(dá)到百微米的刻蝕分辨率，遠(yuǎn)不能滿足更高精度加工的需求。為此，我們提出了一種基于并行探針驅(qū)動的掃描等離子無掩膜體加工方法，即將倒金字塔微

2、放電器集成在掃描探針的針尖上，利用倒金字塔空心陰極效應(yīng)放電產(chǎn)生高濃度等離子體，并將其通過針尖尖端的納米孔導(dǎo)出到樣品表面，實現(xiàn)亞微米量級的無掩膜掃描加工。
　　 倒金字塔微放電器是無掩膜掃描等離子體刻蝕系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，主要包括陽極金屬Ni/聚酰亞胺(PI)絕緣層/陰極金屬Ni 三層結(jié)構(gòu)，并且具有倒金字塔空心陰極。本文研究了該微放電器的尺寸優(yōu)化、工藝制備、測試系統(tǒng)搭建和性能測試，實現(xiàn)了微放電器在SF6中穩(wěn)定放電。
　　 由

3、于倒金字塔微放電器集成在探針上，這引起倒金字塔中電場的改變，從而引起等離子體分布和性能的改變。因此，本文使用ANSYS 軟件對微放電器電場仿真，重點研究了陰陽電極和絕緣層幾何尺寸等對電場分布的影響，獲得了有利于等離子體產(chǎn)生和維持的結(jié)構(gòu)尺寸。
　　 制作過程中，微放電器中倒金字塔深槽的存在使得陽極Ni的圖形化、PI 絕緣層的制備和圖形化相當(dāng)困難。針對以上工藝難點，本文重點做了以下幾方面的研究：(1）利用濺射反轉(zhuǎn)法剝離工藝實現(xiàn)陽極N

4、i的圖形化，提高了電極圖形精度和薄膜質(zhì)量，并簡化了工藝過程。(2）研究PI 制備中固化工藝參數(shù)對PI 膜厚、亞胺化程度和介電特性的作用，并優(yōu)化工藝參數(shù)，得到質(zhì)量、性能良好的PI 膜。
　　 (3）研究PI 圖形化中RIE 刻蝕參數(shù)對PI 刻蝕速率、表面粗糙度和刻蝕殘留物的影響，優(yōu)化試驗參數(shù)，在保證PI 圖形化質(zhì)量的同時，提高刻蝕速率。基于以上制作工藝，成功制作出了質(zhì)量良好的倒金字塔微放電器。
　　 最后，本文設(shè)計并搭建了